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二次部材の設計

建物は大梁と柱だけを繋いで構成されるわけではありません。例えば、屋根の重量を受け大梁に伝える目的である小梁や、壁を取り付けるために両側に取り付く間柱、暴風時に壁が壊れないように風を受けるための耐風梁など等があります。


※今回は鉄骨小梁の設計を行います。他の二次部材については下記の記事が参考になります。


主架構のように鉛直力と地震力を負担するわけではなく、主架構に力を伝達させる目的や局部的な力が発生する箇所に配置する部材を二次部材と呼びます。今回は二次部材について説明します。


二次部材ってなに?

二次部材とは前述したように、地震力を負担しない、構造耐力上重要な部材です。主要な二次部材は下記の通りです。


スラブとは鉄筋コンクリート造の床です。スラブの詳細な内容は、下記の記事が参考になります。


小梁とは、スラブを支える部材です。地震力は負担せず、長期の荷重のみ負担します。下記の記事が参考になります。


間柱とは、外壁を受けるために必要な部材です。例えば外壁が横張りの場合、間柱が必要です。間柱の詳細は下記の記事が参考になります。また間柱と胴縁は似ている二次部材です。合わせて参考にしてくださいね。


耐風梁も、間柱と同じように外壁を受ける部材です。外壁が縦張りのとき、必要となる場合があります。風圧力だけでなく、外壁の自重も負担します。


二次部材の計算例 鉄骨小梁の応力計算

例えば鉄骨造の設計では二次部材の設計を先に進めないと、接合部の納まりが決まらないので大変重要な項目です。


ここでは試しに小梁の設計を進めてみましょう。まず伏図のような小梁B1があるとします。この小梁をまずモデル化してみましょう。


RCの接合部は、柱と梁が一体化されているので全て固定端となります。しかし、鉄骨造の場合、回転が自由なピン接合または固定とすることができます。


構造図の原則として、ピン接合は隙間を空けることになっています。固定とする場合は、梁に短い縦線をひきます。これにより、ピンか固定かを判断します。

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さて、小梁B1をモデル化すると下図のような両端ピン支持の単純梁と見なすことができますね。また、屋根の荷重を受けることから、分布荷重が作用することがわかります。



こういった条件の単純梁は実際の設計にもよく現れます。また、単純梁で分布荷重が作用しているので、


となります。


次に、この小梁をどのような部材を用いるか決めていきます。仮定としてH−200x100x5.5x8としましょう。

曲げ許容応力は


応力は

となるので、応力に対してOKということになります。


しかし、鉄骨造は一般的に応力で厳しくなるというよりは、変形が許容量を超えるということが懸念されます。軽くて耐力もあれば細くしたくなるわけですが、変形の制限や局部座屈等の制限が厳しくなるわけです。



以上より、変形に対してもOKでした(建築基準法ではたわみはL/250を満足しなければならない。)


まとめ

今回は二次部材について説明しました。各部材の計算方法や特徴を理解しておきたいですね。まずは、スラブと小梁について理解しましょう。

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